CETOL在公差設計的解決方案 - 汽車解析

1、CETOL軟件在三維公差設計的解決方案莎益博工程系統(tǒng)開發(fā)（上海）有限公司1.三維公差1.1.傳統(tǒng)設計的不足國內的大部分企業(yè)，對于公差分析還是存在模糊的認識，即公差分配是設計人員的任務。設計人員在做公差分析的時候，大多數(shù)時候參照已有產品的公差分配，公差無法參照的地方，多采用手工畫一維尺寸鏈圖，粗略的得出封閉換尺寸公差。上述情況存在諸多不足，第一，當設計人員在設計公差時參照老產品，并不能提高設計人員對公差分配原理的理解，當遇到和老產品不一樣的產品，設計人員就失去了參照的依據(jù)。第二，手工計算一維尺寸鏈很容易出錯，當這種錯誤發(fā)生時，又不容易檢查。第三，手工計算效率較低，當尺寸鏈包含非常長時，需要大量的

2、公差計算時間。第四，手工方法計算一維尺寸鏈比較容易，但是對于二維或三維的尺寸鏈計算就更加復雜。1.2.使用公差分析軟件的優(yōu)勢公差分析軟件為設計人員提供了一個公差分析與綜合的平臺，使設計人員通過它實現(xiàn)在設計階段對關鍵零件尺寸進行公差分析，結合實際的工藝加工能力，選擇制造成本最低，又能保證滿足設計要求的最優(yōu)公差，分析的結果也可以為設計提供參考。具體來說，公差分析與綜合系統(tǒng)為設計人員提供了評估公差狀況的手段，通過該系統(tǒng)，給出了可靠、準確、合理的公差分配的依據(jù)?？偨Y來說，使用公差分析軟件有如下優(yōu)勢：一在CAD環(huán)境下模擬三維零件的裝配過程。它可以直接讀取CAD系統(tǒng)的設計參數(shù)，當設計參數(shù)更新時，公差分析的

3、數(shù)據(jù)也一起更新。(S-jam圖1Solidworks公差分析界面Comtrvt”<prayer-crinirjodriJatrfiET-*6i_jJbpraywAAII*oAMt口4罕(EKX6g亠甲5<xa>*»I卜闔ResetgCertwedts打TangentHisin!l*-H<H»»J»丄軍MecharKm卜甸PstcrO-iaotar圖2CATIA公差分析界面ffMECHANISM(Active)-Pto/ENGINEERl-l口|X|EditViec'；nsertAnalysisInfoAgplicalion

4、sToolsWindowHelp防MECHANISMSynchronized)-CETdUModelEditViewWindowHelpSigmaModeler|x|DepthPiopeitiesType:Component:PISTCYL|DOFAnalg訂pOFState:UNKNOWN眉冋厶-igMECHAHISIv|i«-»i|ResetGapE-jGRIPE-jftPISTON_PINB-1©VALVE_RELEASEb-1I3pist_cyl”兩DepthPISTONifeCHAMBEFffi-lftSTOPPINGeneral|References|

5、locationstodefineaboxforthezoomaiea.locationstodefineaboxforthezoomaiea.圖3Cre/Proe公差分析界面自動計算三維尺寸鏈誤差的傳播。下圖是V形塊和圓柱銷的裝配，公差分析軟件不僅能計算沿著尺寸方向的尺寸對圓柱銷高度的影響，還可以計算V形塊的寬度和夾角對圓柱銷高度的影響。圖4自動計算三維誤差的傳播三真實地模擬零部件之間的裝配關系。例如，在銷和孔的裝配過程中，在CAD的裝配關系中，定義二者的中心軸線同心，這樣銷和孔的配合關系就產生了，但是這種狀態(tài)是不符合現(xiàn)實的，應當考慮重力或者在實際的裝配狀態(tài)中受某一方向外力的反作用力的影響，

6、實際銷和孔是處于相切的狀態(tài)。圖5銷與孔的關系四自動形成三維尺寸鏈裝配關系圖，幫助設計人員深刻理解公差的傳圖6.裝配關系可視化2.公差分析的必要性一般的實體建模系統(tǒng)，如在CAD系統(tǒng)下可以在完成基本尺寸的設計后，通過軟件提供的間隙和干涉檢查功能來確保裝配的精度，同時還可以取基本尺寸的上偏差和下偏差值，檢查在極限尺寸的情況下，裝配精度（間隙、干涉等）是否仍然可以滿足?？梢栽跈z測時設置為上偏差或下偏差的值。但是，這并不是真正的公差分析。在這種分析中并未考慮裝配中各種偏差源對裝配質量的影響。我們知道，在實際生產過程中，有很多因素都會導致誤差的出現(xiàn)，如制造加工中的誤差，環(huán)境對加工設備的影響，各種不同的誤差

7、會通過零件之間的配合關系慢慢積累起來，最終影響整體系統(tǒng)的裝配精度和成本。因此，必須充分重視產品中可能出現(xiàn)的誤差，因為它們會導致不可預測和昂貴的質量缺陷。在設計過程中將設計好的零件進行三維預裝配，建立數(shù)字樣機，利用公差分析與綜合系統(tǒng)通過分析零件公差對產品裝配過程和裝配精度的影響，建立裝配公差模型和零件公差模型。在建立裝配公差模型樹、裝配公差網絡圖的基礎上，進行公差分析與綜合。提供最壞情況設計分析方法、統(tǒng)計分析方法、在結果分析器調整敏感度和貢獻度數(shù)值，找到制造成本低又能滿足裝配精度要求的公差分配。通過該系統(tǒng)的分析，可以分析出設計過程中公差分配是否合理、正確，對公差進行優(yōu)化，并將結果反饋給設計人員，

8、使設計人員能夠及時地進行修改，以減少裝配時發(fā)生干涉和精度超標的概率。運用變量化幾何技術確定裝配過程中配合零件之間的最壞情況及統(tǒng)計的公差積累，得到裝配過程中影響關鍵尺寸公差的約束及其敏感度。利用該系統(tǒng)，通過改變個別關鍵尺寸的公差約束來提高零件的可裝配性和互換性，減少由于公差分配不合理或不正確而造成的裝配后產品精度超標和返工的概率，減少裝配過程中的選配、修配和調整時間，提高裝配效率，降低制造成本。3.解決方案CETOL是集成于三維CAD軟件下的專業(yè)公差分析軟件。它從開發(fā)到發(fā)展至今，已有20多年的發(fā)展歷史。在低壓電器行業(yè)有成熟的解決方案。它采用最先進的公差分析方法，在產品的早期階段做公差分析的合理性

9、做評估，預測產品質量，結合工廠的實際工藝加工能力，找到影響產品質量的關鍵因素。CETOL具體的公差分析流程如下圖所示：確定運動裝配機構代表裝配性能尺、定義零件之間的|具體位置寸的定義裝配關系(Configuration)(Meaurement)V丿(Joint)'結果的分折、'驗證、檢查(Analyzer)運行求解(Runanalysis)特征及公差的定義(Featureuonstriant|修改輸入重新計算(whatif)注：其中對模型定義的順宇可以任意調整輸出報告(R即ort)J圖7CETOL軟件公差分析流程3.1. CETOL軟件及相關公司介紹Sigmetrix公司介紹S

10、igmetrix公司是CETOL的原開發(fā)商，總部在美國的得克薩斯州的達拉斯，從創(chuàng)立到發(fā)展至今，公司一直致力于公差分析軟件開發(fā)和創(chuàng)新。它最早和RandWorldwide組成的合資企業(yè)，是一家專注于裝配公差分析軟件研發(fā)的軟件公司，自CETOL問世以來，Sigmetrix一直通過各種方式，如參與高校的ADCATS項目，努力促進公差分析技術的發(fā)展。經過這些年的發(fā)展，Sigmetrix已經成為世界范圍內知名的公差分析服務提供商。借助于Solidworks的平臺，CETOL已經為廣大的客戶所熟知，應用范圍涵蓋了各類工程領域。同時，CETOL又有著組織和技術上的優(yōu)勢，和其它相關軟件公司的合作，自身多年的開發(fā)

11、經驗，CETOL同時又是實現(xiàn)產品生命周期管理(PLM)和6sigma方法的核心技術。近20年的成熟市場經驗也驗證了Sigmetrix公司以客戶為中心的理念所提供的優(yōu)質服務。作為全球最大的CAE解決方案供應商之一的CybernetSystemCo.LTD的全資子公司，美國Sigmetrix,LLC公司是一家應用于在設計及制造系統(tǒng)中，專注于尺寸裝配公差分析軟件研發(fā)的CAE公司，通過其研發(fā)的世界一流的公差優(yōu)化技術軟件CETOL,由全球頂級的專家向離散制造業(yè)提供產品性能和制造過程中的6Sigma質量控制解決方案。關于sigmetrix公司的詳細信息，請訪問如下網站Sigmetrix公司與Dassaul

12、tSolidWorks、DassaultCATIA、PTC是金牌合作伙伴關系/Y、PTCPartnerAdvantcige3、SolidWorks圖8.與主流CAD軟件公司是金牌合作伙伴關系CYBERNET集團介紹莎益博工程開發(fā)系統(tǒng)有限公司是CYBERNET集團在中國的分公司,依托母公司的豐富經驗,為中國用戶提供世界領先的工程軟件、技術支持、培訓以及先進的整體解決方案、項目咨詢等業(yè)務。莎益博工程開發(fā)有限系統(tǒng)在中國有三個分部：莎益博工程開發(fā)系統(tǒng)（上海）有限公司、莎益博工程開發(fā)系統(tǒng)（成都）有限公司、莎益博工程開發(fā)系統(tǒng)（深圳）有限公司。CYBERNET集團是日本最大的CAE技術服務公司，于1985年

13、在日本東京成立，一級上市公司,股票代碼：4312。至2010年4月1日,共有516名員工。自2006年起，全資收購了五家獨立公司：日本PLAMEDIA，日本KGT，美國Sigmetrix,加拿大Maplesoft和比利時Noesis。2008年的營業(yè)額近210億日元?？偛吭谌毡緰|京，在大阪和名古屋設有分部；2005年以來公司積極拓展國際化服務理念，在中國大陸、臺灣、美國、加拿大和比利時陸續(xù)設立了分公司。CYBERNET集團是一家專業(yè)提供CAE軟件、行業(yè)解決方案及相關技術服務的日本上市公司，25年來，與全球20多家頂級CAE技術公司建立了長期的合作伙伴關系，為客戶提供50多個CAE軟件和硬件產品

14、。CYBERNET在東京開設了全球第一家CAEUniversity,全時提供專業(yè)的技術培訓課程。CYBERNET提供的解決方案覆蓋了電子、機械、光學、控制系統(tǒng)、通訊，IT信息技術、納米技術、新藥開發(fā)、知識創(chuàng)新等各個學科，為客戶提供從產品的概念設計、物理設計、仿真優(yōu)化、設計驗證和產品性能檢測全流程相關工具和服務。更多信息請訪問：www.cybernet.co.jp；3.2. CETOL全球主要用戶CETOL全球主要用戶群：UURPILIJUHeavyEquipmentIransportationMedicalHVA匚匚onsumerAutomotiveSuppliersOil,Gas,Energ

15、yConsulting丘CMHighleclhElectronicsPowerSystemsSecurity叵94口恤to吟lIscieniLlic£3COVIDIENJohnDeere日BDK日f：BTSUflnB卻HYUndFlI/irjt"VOUUOCHERRYHARMAN口hillips可；電賦胡rKBorWtimer蘭BHTC去嚴。FLEKTn&KICSTaTAfoxconnaScNumbergepru徳|LC£gLES拆»Thomaswf4.-EMERSON卡TycoElectronic;念尼fSCQuALi,awwxerox百險SI

16、EMENSBALMDRHyHvetMi&Dodnncin淞UnttidTechnilDBlfls0nUMFK«n*L*1*HOrtCyweTlRATAnSirlpdol養(yǎng)1R-Ol.KS3.3. 客戶案例3.3.1汽車行業(yè)應用案例1) 汽車座椅系統(tǒng)公差分析CETOL66進行公差分析的目標就是獲得基于公差分析的需求的敏感度。該座椅系統(tǒng)要求在3個不同設計的構成位置對凸輪角的接觸角度進行分析，裝配約束包括多個凸輪曲面之間的約束關系設置，1天的分析結果在與客戶召開關鍵會議時提供強大的信息支持。2) 汽車制動系統(tǒng)公差分析需要分析制動板到圓盤之間的距離，還需要分析卡鉗鑄件到加工特征之間的

17、制造工藝公差，CETOL66成功以幫助設計工程師在設計階段進行公差，對汽車制動系統(tǒng)進行預裝配。3）汽車車燈裝配系統(tǒng)為了控制汽車尾燈在裝配后的裝配質量，需要對裝配后燈具與車體之間的間隙和外觀表面光順度，在對車燈裝配支架進行敏感度分析時，需要對敏感度高的部位進行控制，保證裝配質量。CETOL66在寶馬車燈裝配系統(tǒng)上的成功應用，保證燈具在裝配后的整體質量。3.4. 方案選擇（配置模塊）1）功能模塊:a）配合關系設置模塊b）基于運動機構的設置模塊c）分析器模塊d）形狀和位置公差設置模塊e）“whatif"分析設置模塊f）建模器模塊g）測量尺寸設置模塊2）軟件環(huán)境：可運行在WindowsXP、

18、Win7、HP-UX.SGIIRIX和SUNSOLARIS操作系統(tǒng)下；支持32位和64位機器；提供中文系統(tǒng)用戶界面。支持的三維CAD軟件：Solidworks/ProE（Cre）/CATIA，幫助文檔瀏覽器adobeacrobtreader5.0以上。3）硬件系統(tǒng)：可運行在Intel（R）Pentium（R）、HPRISC、SGIMIPS和SUNULTRASPARC機型上；需要至少30MB硬盤空間，256MB內存和支持32位1024*768的顯卡；需要網卡以獲得單機或浮動license。3.5. 解決方案主要內容CETOL6sigma在建立裝配約束關系時，系統(tǒng)會根據(jù)約束特征的特性自動生成多種配

19、合類型，下拉菜單提供多種選項，幫助快速找到所需的配合類型，系統(tǒng)計算配合的自由度狀態(tài)，有助于正確理解三維實體的空間自由度。對于裝配約束的偏置情況，系統(tǒng)提供方便的設置工具。裝配約束關系超過300種。3.5.1復雜裝配公差分析對于一個復雜的裝配機構，需要評估零件在不同位置時的裝配性能，CETOL6sigma實現(xiàn)了在一個裝配模型對多個裝配位置的設置，簡化的模型設置，提高了裝配建模的效率。在CETOL6sigma可以改變零件的位置，計算在不同裝配狀態(tài)下的測量尺寸，每一個具體位置的變化，就會生成一個新的裝配模型。在同一個裝配文件，只需定義零件的不同位置，就可表達機構的運動狀態(tài)，無需重新定義原有的配合關系。

20、圖12多個位置關系的定義3.5.2精確定義裝配約束過程裝配過程實際也是一個對零件自由度約束的過程，通過在零件之間建立配合關系，使零件的自由度逐個被約束，最終達到準確約束的狀態(tài)。配合關系不僅包括交叉軸合、球與面配合、點與面配合、球面配合、一般面配合等。除了準確約束之外，還有過約束和欠約束兩種狀態(tài)。過約束是指一個零件的某個自由度被多個配合關系所約束，因此，零件尺寸的微小變化會使零件無法同時滿足多個裝配關系，導致裝配無法達到指定的精度，而欠約束則是指一個零件的某個或多個自由度未被任何配合關系所約束，因此該零件可能有該自由度上的剛體運動，這樣也會導致裝配出現(xiàn)問題。表1零件之間的配合關系3.5.3敏感度

21、分析靈敏度是封閉環(huán)尺寸對組成環(huán)尺寸變動的敏感程度，可以用封閉環(huán)尺寸對組成環(huán)尺寸的導數(shù)來計算，首先建立封閉環(huán)尺寸和組成環(huán)尺寸之間的函數(shù)關系，然后對每個組成環(huán)尺寸取偏導數(shù)，即可得到封閉環(huán)尺寸對每個組成環(huán)尺寸的一階敏感度。下面一個例子具體說明了靈敏度的計算方法，靈敏度的正負代表封閉環(huán)尺寸的相對變化方向，如果為正，封閉環(huán)尺寸和組成環(huán)尺寸的變化方向一致，如果為負，則組成環(huán)尺寸與封閉環(huán)尺寸的變化方向相反。靈敏度越高，則表示封閉環(huán)尺寸對該尺寸的變化比較敏感，可以考慮提高該尺寸的公差指標，反之，則可以對該尺寸取較低的公差指標。圖13敏感度數(shù)據(jù)調整CETOL6sigma分析結果，是用其中的“敏感度”來計算數(shù)值。

22、在通常情況下，對偏差結果影響大的公差尺寸是用“貢獻度”來計算的。如果發(fā)現(xiàn)求解的尺寸象上圖顯示的那樣比測量尺寸小，這樣改變相關尺寸的公差是沒有意義的。改變尺寸或角度的名義值，能把求解尺寸對應到測量尺寸公差的中間值，這樣通過改變尺寸或角度的名義值來驅動測量尺寸，從這種意義來說，驅動測量尺寸的尺寸稱為“敏感度”。CETOL6sigma可視化敏感度，是指掌握了敏感度高的尺寸以后，這個尺寸在實際變動情況下對裝配精度是如何影響的，可視化敏感度是直接以視覺捕捉的形式感受敏感度高的尺寸是如何對封閉環(huán)尺寸產生影響的。圖14動畫演示敏感度3.5.4貢獻度分析貢獻度計算是指裝配尺寸鏈中，組成環(huán)尺寸公差相對于封閉環(huán)尺

23、寸的公差的貢獻大小，它考慮各個尺寸公差對裝配質量的影響，結果貢獻度分析是建立在靈敏度數(shù)據(jù)和一般尺寸變動數(shù)據(jù)的基礎上的，它反映了封閉環(huán)尺寸對封閉環(huán)尺寸公差分布的影響程度，從貢獻度分析中，可以找出對封閉環(huán)尺寸影響最大的封閉環(huán)尺寸，這類尺寸的變動會對封閉環(huán)尺寸產生很大的影響。而貢獻度比較小的數(shù)據(jù)，則可以不考慮其尺寸變動的影響。一旦建立好合理的公差模型，用戶就可以研究設計和制造之間的相互作用分析，CETOL66提供了高效的詢問工具來理解設計選項，并確認對設計和制造來說都最好的解決方案貢獻度NameContributions圖15貢獻度數(shù)據(jù)排序4.軟件技術服務莎益博工程開發(fā)系統(tǒng)將提供以下的技術支持和服務：莎益博工程開發(fā)派技術人員在客戶現(xiàn)場負責軟件的安裝、調試與檢驗，自備必要工具 莎益博工程開發(fā)在安裝現(xiàn)場對使用操作、維護管理人員進行技術培訓。 安裝、調試、培訓及技術服務費用分項報價并計入投標總價。 指導